摘要：近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平飛速提高，國(guó)內(nèi)各行業(yè)高速發(fā)展，帶動(dòng)了對(duì)高性能材料的進(jìn)一步需求。作為新生代高性能材料中的一份子，氟硅聚合物材料以其優(yōu)秀的耐高低溫、耐老化、耐燃料、高拉伸強(qiáng)度等性能，兼具氟材料與有機(jī)硅材料的優(yōu)勢(shì)，逐漸得到了更深入的研究和更廣泛的應(yīng)用。本文對(duì)當(dāng)前市場(chǎng)上已有的成熟氟硅聚合物材料進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)近幾年內(nèi)業(yè)界對(duì)氟硅聚合物材料在工業(yè)應(yīng)用上所取得的新進(jìn)展進(jìn)行了概括，對(duì)未來氟硅聚合物材料可能的發(fā)展方向進(jìn)行了預(yù)測(cè)與展望。

關(guān)鍵詞：氟硅聚合物；性能；應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：TQ314.2；V250.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2025）01-0063-04

Research progress and applicationsoffluorosilicone polymer materials

ZHOU Yi1，LIANG Chenxi2，WU Songhua2

（1．AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China；

2．Beijing Institute of Aeronautical Materials Co.，Ltd.，Beijing 100094，China）

Abstract：In recent years，with the rapid improvement of China’seconomic level，the rapid development of various domestic industries has driven the further demand for high-performance materials.As a part of new generation high-performance materials，fluorosilicone polymer materials have gradually received more in-depth research and wider applications due to their excellent high and low temperature resistance，aging resistance，fuel resistance，and high tensile strength，which combine the advantages of fluorine and silicone materials.In this paper，mature fluoro?silicone polymer materials available on the market today were summarized.New progresses in the application of flu?orosilicone polymer materials in recent years were outlined.The possible development direction of fluorosilicone polymer materials in the future was predicted and prospected.

Key words：fluorosilicone polymer materials；property；application research

氟硅聚合物材料是有機(jī)硅材料中的一種，是通過在聚硅氧烷分子結(jié)構(gòu)上引入含氟基團(tuán)而得到的。其最早是在19世紀(jì)50-60年代由美國(guó)道康寧公司在美國(guó)空軍部門的支持下進(jìn)行研究，并取得了具有一定成果?；谄涮厥獾母叻肿渔溄Y(jié)構(gòu)，其不僅保留了有機(jī)硅材料的優(yōu)異性能（如力學(xué)性能、耐高低溫性能、耐候性、回彈性等），還兼具氟橡膠的一些特性（如耐油性、耐化學(xué)性能等）。

國(guó)外較早就開始了對(duì)氟硅聚合物材料的相關(guān)研究。主要表現(xiàn)為目前市場(chǎng)上大部分相對(duì)成熟的產(chǎn)品，包括：美國(guó)道康寧，高溫固化型氟硅橡膠和氟硅密封劑以及FS氟硅油；日本信越公司，氟硅橡膠；德國(guó)GE公司，F(xiàn)SE高溫固化型氟硅橡膠、FSL氟硅密封劑、FSR氟硅涂料、FF的氟硅油等[1]。而今，上述國(guó)家的大型化工企業(yè)仍在積極開展對(duì)氟硅橡膠的研究。并且實(shí)現(xiàn)了在交通運(yùn)輸、電氣電子、油漆和涂料、醫(yī)療等領(lǐng)域的應(yīng)用[2]。

而國(guó)內(nèi)目前僅有部分廠家能工業(yè)化生產(chǎn)氟硅生膠，且因氟硅單體及聚合物生產(chǎn)過程中的環(huán)保要求，以及原料價(jià)格、工藝難度等問題，氟硅生膠成本偏高，具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)化產(chǎn)品尚處于開發(fā)階段。

1氟硅聚合物材料的研究與應(yīng)用

目前氟硅聚合物材料應(yīng)用產(chǎn)品主要分為：氟硅彈性體、氟硅消泡劑、氟硅膠粘劑和密封劑、氟硅涂料等。

1.1氟硅彈性體

彈性體是高分子材料中一類能發(fā)生極大形變以及回彈的材料。其主要是分子間作用力使聚合物鏈段發(fā)生交聯(lián)，形成一定的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使彈性體在受外力作用而發(fā)生宏觀形變時(shí)其微觀鏈段結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生較大的相對(duì)變化，因此可在多次往復(fù)的外力作用下發(fā)生形變且能在外力去除后恢復(fù)其原來的形狀?；谏鲜鲂阅埽瑥椥泽w材料在諸如交通、土木、醫(yī)學(xué)等生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3-4]。

郭建華等[5]制備了氟橡膠（FKM）/甲基乙烯基硅橡膠（MVQ）彈性體。通過機(jī)械共混的方式制備得到了氟硅材料彈性體，并研究了二者的質(zhì)量比對(duì)共混彈性體性能的影響。

Claire等[6]合成了兩種自組裝模板縮聚型氟硅凝膠彈性體材料，并研究了其分子內(nèi)部存在的物理作用及其性能。

Diao等[7]制備了一種用于氟硅彈性體交聯(lián)用的乙烯基硅油。將含有全氟環(huán)丁基芳基醚的硅烷單體與二甲基二甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷進(jìn)行縮聚，得到了主鏈中含有全氟環(huán)丁基芳基醚的乙烯基硅油（PFCB-VSO），并以此為非遙爪交聯(lián)劑參與氟硅彈性體的交聯(lián)過程。

Richaud等[8]通過觀察氟硅彈性體降解過程中結(jié)構(gòu)變化，探究了氟硅彈性體降解機(jī)制。通過觀測(cè)材料在280℃的氮?dú)夂脱鯕猸h(huán)境下的老化試驗(yàn)，并測(cè)定其熱重變化。此外通過拉伸試驗(yàn)對(duì)不同時(shí)效時(shí)間的試樣進(jìn)行表征，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線，并據(jù)此推導(dǎo)初始楊氏模量隨時(shí)效時(shí)間的變化規(guī)律。

1.2氟硅消泡劑

化工涂料等相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)過程中容易產(chǎn)生氣泡。常用的消泡方法包括物理消泡、化學(xué)消泡等。其中，化學(xué)消泡的主要形式就是向工業(yè)半成品中加入消泡劑。消泡劑消泡的原理主要是通過降低氣泡的表面張力、進(jìn)入膜表面并破壞膜彈性等手法破環(huán)氣泡自身的穩(wěn)定性，從而達(dá)到消泡效果[9-10]。綜合來說，消泡劑與體系相容性越差，自身表面張力越低，消泡效果越好。常用的幾類消泡劑（如有機(jī)硅消泡劑等）表面能相對(duì)較高，而且在有機(jī)溶劑中容易溶解，因此在有機(jī)溶劑體系中消泡效果很差[11-13]。氟硅消泡劑則通過導(dǎo)入高氟烷基，顯著降低其表面能，消泡能力增強(qiáng)，對(duì)有機(jī)溶劑也可發(fā)揮極高的消泡效果。此外，和通用消泡劑相比，氟硅消泡劑熱穩(wěn)定性好，具有化學(xué)惰性，無毒無害，不產(chǎn)生二次污染，因此被廣泛應(yīng)用[14]。

吳飛[15]對(duì)三氟丙基改性聚硅氧烷的合成工藝及其產(chǎn)物在柴油/機(jī)油體系中的消抑泡性能進(jìn)行了研究，并探討其機(jī)理。首先從投料方式、滴料速度等角度探討了合成工藝對(duì)產(chǎn)物消抑泡性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將原料分兩次在1 h內(nèi)加入反應(yīng)的方式得到的產(chǎn)物具有更好的性能。其次探討了體系成分含量對(duì)改性產(chǎn)物的消抑泡性能的影響。結(jié)果表明用長(zhǎng)鏈氟醇酷改性時(shí)，隨著氟醇醋鏈長(zhǎng)的增加，消抑泡性能變好；就同種聚醚改性的硅聚醚而言，隨著聚硅氧烷黏度的增加，含氟硅聚醚的消泡性能變差，抑泡性能有所提高。實(shí)驗(yàn)還思考了產(chǎn)物的消泡機(jī)理和性能衰減原因。

王宸宸[16]采用兩步法將在聚硅氧烷中接枝氟烷基團(tuán)和聚醚基團(tuán)來制備氟醚共同改性聚硅氧烷（FPEPS）消泡劑，并基于性能測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)其合成工藝及消泡機(jī)理進(jìn)行了探究。

郭睿等[17]合成了一種長(zhǎng)鏈含氟烷基酯和聚醚共改性苯基含氫硅油表面活性劑（UAPFPS），并設(shè)計(jì)優(yōu)化了其合成工藝，并對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

蔣立學(xué)[18]研究了有機(jī)硅消泡劑及氟硅消泡劑在小腸膠囊內(nèi)鏡腸道檢查上的應(yīng)用。消泡劑應(yīng)用于消除小腸腸道內(nèi)由于檢查前檢測(cè)者服用瀉劑而產(chǎn)生的大量氣泡，從而保證腸鏡照片的清晰完整，有利于腸道疾病的檢查。

1.3氟硅膠粘劑和密封劑

膠粘劑和密封劑材料是一類施工前具有一定黏度、施工后快速形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并具有一定硬度的聚合型高分子材料。其通過發(fā)生原位固化反應(yīng)，與基材表面進(jìn)行粘接，被廣泛應(yīng)用于航空飛行器、石油行業(yè)、電子電氣設(shè)備、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè)，用于諸如整體油箱、座艙、風(fēng)擋、機(jī)身機(jī)翼等結(jié)構(gòu)的密封，起到隔絕外界環(huán)境、保持內(nèi)部獨(dú)立氛圍等關(guān)鍵性作用[19-20]。

根據(jù)密封劑分子主鏈結(jié)構(gòu)的不同，密封劑可具體分為：以聚硫化合物為基礎(chǔ)的聚硫密封劑、以聚硅氧烷為基礎(chǔ)的有機(jī)硅密封劑、以聚氨酯預(yù)聚體為基礎(chǔ)的聚氨酯密封劑這三大支柱型密封劑骨干材料[21]。氟硅密封劑是一類派生于有機(jī)硅密封劑的新型密封材料。

近年來，我國(guó)航空飛行器逐步取得了各方面的技術(shù)突破，目標(biāo)朝著更大的飛行馬赫數(shù)（如高超聲速等）、更高精尖的性能（如無人偵察、耐極端環(huán)境等）的方向發(fā)展。這就給與各類飛行器配套使用的各種零部件和材料提出了新的實(shí)用性能上的要求，航空用密封劑也無出其右。新一代航空密封劑有著更寬的服役溫域、更可控的硫化速度、更優(yōu)異的力學(xué)性能、更強(qiáng)的耐溶劑性能等一系列需求[22]。

Hiroaki[23]制備了一種新型的可在室溫下硫化的用于濕式電子照相裝置的單組分導(dǎo)電氟硅密封材料。他們先制備炭黑母粒和二氧化硅母粒，然后使用酰氧硅烷、酮肟基硅烷作交聯(lián)劑，以交聯(lián)末端含羥基的含氟聚硅氧烷生膠。以表面疏水處理過的二氧化硅為主要補(bǔ)強(qiáng)劑，提高了密封劑的拉伸強(qiáng)度。在導(dǎo)電性方面，除了常規(guī)性添加炭黑之外，還加入了一些具有石墨烯結(jié)構(gòu)的碳纖維或類似結(jié)構(gòu)（如碳納米纖維或者碳納米管等），既降低了體系體積電阻率還有效增大了表面光整度。

Sung等[24]通過在氟硅樹脂中加入氧化鎂（MgO）和氮化硼（BN）以制備導(dǎo)熱氟硅粘合劑，并對(duì)填料的類型、尺寸和形狀對(duì)導(dǎo)熱性能和粘接性能的影響進(jìn)行了分析。尺寸較大的填料對(duì)導(dǎo)熱性能的提升較大，但尺寸較小的填料有利于促進(jìn)粘接。

1.4氟硅涂料

涂料，即油漆，是一類可涂覆在物體表面形成固態(tài)涂膜的物質(zhì)。涂料所形成的固態(tài)涂膜通常具有一定強(qiáng)度，且整體致密、連續(xù)、均勻。涂料由主要成膜物質(zhì)、溶劑、助劑和填料組成。常規(guī)情況下，涂料的使用目的是對(duì)被涂敷物體的表面進(jìn)行保護(hù)，防止表面受到工作環(huán)境中某些成分的侵蝕[25-26]。在某些應(yīng)用場(chǎng)景中也需使用涂料以達(dá)到表面裝飾的目的[27]。隨著行業(yè)的發(fā)展，涂料的作用逐漸擴(kuò)大，各種功能性涂料也相繼應(yīng)運(yùn)而生，如耐高溫涂料、絕緣涂料、導(dǎo)電涂料、海洋防污涂料等[28-32]。

氟硅涂層材料因其極低的表面能、極高的穩(wěn)定性、相對(duì)簡(jiǎn)單的加工流程而在國(guó)防、醫(yī)療、機(jī)械、化工等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[33-34]。

Zheng等[35]合成了一種由紫外線光（UV）固化的新型氟硅涂料。他們先將多氟烷基長(zhǎng)鏈（如九氟己基）引入側(cè)鏈，并合成了以甲基丙烯酸酯基團(tuán)封端的光敏性氟硅烷（MA-PNFMS）。隨后，他們將巰基功能化的氟硅樹脂引入體系進(jìn)行共混，得到了具有優(yōu)秀耐液體介質(zhì)能力和耐老化性能的氟硅涂料。

Yang等[36]人通過向聚（3，3，3-三氟丙基）甲基硅氧烷]（PTFPMS）中引入硫醇官能團(tuán)以及不同含量的乙烯基，獲得（PTFPMS-SH）和（PTFPMS-Vi）兩類聚合物。通過硫醇-烯點(diǎn)擊反應(yīng)，在紫外光催化的條件下進(jìn)行固化反應(yīng)，制備了一種快速固化的氟硅聚合物涂層。聚合物涂層的T5%可達(dá)300℃;耐腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該氟硅涂層具有良好的耐酸、耐鹽和耐油性，可以保護(hù)電路板免受外部環(huán)境腐蝕。

Wu[37]等制備了大量氟硅防污涂料和有機(jī)硅防污涂料，并進(jìn)行了性能對(duì)比。使用端羥基含氟聚硅氧烷（FPS）以及端羥基聚二甲基硅氧烷（PDMS）作為生膠，以正硅酸乙酯（TSOS）作為交聯(lián)劑，在DBTDL的催化下進(jìn)行室溫固化。試驗(yàn)證實(shí)：含氟基團(tuán)的引入顯著提高了材料的疏水/油性。

2建議與展望

國(guó)內(nèi)氟硅聚合物材料的研究與生產(chǎn)已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，相較于國(guó)外產(chǎn)品與研究體系的成熟，國(guó)內(nèi)在此領(lǐng)域仍然任重道遠(yuǎn)。建議從以下3個(gè)方面，安排后續(xù)的研究工作：

（1）專注材料的微觀研究。國(guó)內(nèi)目前對(duì)于氟硅聚合物的聚合機(jī)理以及各類組分對(duì)產(chǎn)品的影響的研究大多都偏向于宏觀上的工程化應(yīng)用研究，而基于反應(yīng)機(jī)理、相互作用機(jī)制上的微觀研究的內(nèi)容相對(duì)較少，這直接影響了對(duì)已有產(chǎn)品體系的深入研究。應(yīng)嘗試從微觀角度對(duì)各組分間的相互作用進(jìn)行分析，既有利于在現(xiàn)有體系內(nèi)實(shí)現(xiàn)多種性能的兼顧與平衡，也便于預(yù)測(cè)新物質(zhì)引入體系后可能產(chǎn)生的影響，有利于減少試錯(cuò)與提出新體系；

（2）研發(fā)高性能新品種。受限于分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的氟硅聚合物材料在高含氟、耐低溫、耐高溫、耐介質(zhì)等方向上已經(jīng)難以滿足需求。由此，基于對(duì)氟硅聚合物材料的已有研究，許多具有新分子結(jié)構(gòu)的材料被提出，例如以全氟醚為主鏈結(jié)構(gòu)的全氟聚醚材料、將柔順性醚鍵引入分子側(cè)鏈的氟醚材料等。在這方面，國(guó)外已經(jīng)進(jìn)行了一些研究并得到了應(yīng)用。國(guó)內(nèi)相關(guān)材料則是受限于研究深度、性能控制、成本等條件，無法大規(guī)模應(yīng)用。應(yīng)繼續(xù)深入研究具有高性能、新結(jié)構(gòu)的氟硅聚合物材料，以適應(yīng)新的使用需求；

（3）構(gòu)建完整標(biāo)準(zhǔn)體系。國(guó)內(nèi)氟硅聚合物研究所采取的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)多是使用所在研究機(jī)構(gòu)的常用國(guó)外測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)（如美國(guó)宇航標(biāo)準(zhǔn)AMS關(guān)于含氟橡膠的標(biāo)準(zhǔn)等），且進(jìn)行了不同程度的要求與規(guī)定，尚未建立完善統(tǒng)一的橡膠密封材料標(biāo)準(zhǔn)體系。構(gòu)建完整的氟硅聚合物測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)體系，既有利于研究人員更合理地進(jìn)行性能測(cè)試并更客觀地評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能，也有利于后續(xù)基于性能進(jìn)行應(yīng)用。

3結(jié)語

本文概括了氟硅聚合物材料的發(fā)展歷程、主要的應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用進(jìn)展等。綜合來看，氟硅聚合物材料在彈性體、涂料、膠粘劑及密封劑等領(lǐng)域有著廣泛地應(yīng)用，且具有較好的可設(shè)計(jì)性。因此可進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浞皆O(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來滿足工程發(fā)展的需要，進(jìn)一步發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大應(yīng)用場(chǎng)景。

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（責(zé)任編輯：張玉平）